(57)【要約】【課  題】円柱状金属塊から金属スラブを製造するにあたって、設備改造に要する費用を低減し、しかも高能率かつ高歩留りで金属スラブを製造する方法を提供する。【解決手段】円柱状金属塊の中心線を水平にして円柱状金属塊を金敷に載置し、中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて１次鍛造を行ない板状金属塊とした後、板状金属塊の上面の角部に上方から圧下を加えて２次鍛造を行ない板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ鍛造または仕上げ圧延を行なう。あるいは仕上げ鍛造と仕上げ圧延を併用しても良い。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱した円柱状金属塊から所定の厚さを有する金属スラブを製造する方法において、前記円柱状金属塊の中心線を水平にして前記円柱状金属塊を金敷に載置し、前記中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて１次鍛造を行ない板状金属塊とした後、前記板状金属塊の上面の長手端片方あるいは両方の角部に上方から圧下を加えて２次鍛造を行ない前記板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ鍛造を行ない前記金属スラブを製造することを特徴とする金属スラブの製造方法。
【請求項２】
加熱した円柱状金属塊から所定の厚さを有する金属スラブを製造する方法において、前記円柱状金属塊の中心線を水平にして前記円柱状金属塊を金敷に載置し、前記中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて１次鍛造を行ない板状金属塊とした後、前記板状金属塊の上面の長手端片方あるいは両方の角部に上方から圧下を加えて２次鍛造を行ない前記板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ圧延を行ない前記金属スラブを製造することを特徴とする金属スラブの製造方法。
【請求項３】
加熱した円柱状金属塊から所定の厚さを有する金属スラブを製造する方法において、前記円柱状金属塊の中心線を水平にして前記円柱状金属塊を金敷に載置し、前記中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて１次鍛造を行ない板状金属塊とした後、前記板状金属塊の上面の長手端片方あるいは両方の角部に上方から圧下を加えて２次鍛造を行ない前記板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ鍛造を行ない、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ圧延を行ない前記金属スラブを製造することを特徴とする金属スラブの製造方法。
【請求項４】
前記薄肉部の縁部が、前記板状金属塊の上面に前記中心線を投影した線に対して所定の傾斜角を有することを特徴とする請求項１、２または３に記載の金属スラブの製造方法。
【請求項５】
前記傾斜角が４５±１０°であることを特徴とする請求項４に記載の金属スラブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円柱状の金属鋳塊（以下、  円柱状金属塊という）から板状金属塊を経て、矩形断面を有する金属塊（以下、金属スラブという）を製造する方法に関し、特に金属鋳塊の製造工程において真空溶解炉等で溶製し円柱形鋳型に鋳込むことによって円柱状金属塊を鋳造する金属（たとえばチタン，ジルコニウム等）から金属スラブを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の金属材料を製造するにあたって、まず所定の成分を有する溶融金属を溶製した後、鋳型に鋳込んで金属鋳塊とし、次いで鍛造あるいは圧延を施して所定の寸法の金属スラブを得る。これらの溶融金属の溶製から金属鋳塊を経て金属スラブを得るまでの一連の工程は、その金属材料の成分や特性に応じて適宜選択される。
【０００３】
たとえばチタン，ジルコニウム等の金属材料では、その金属鋳塊の製造工程において、一般的に、真空溶解炉等で溶製し円柱形鋳型に鋳込むことによって円柱状金属塊を製造する。この円柱状金属塊から金属スラブを製造する際には、分塊圧延機が広く使用されている。図６は、分塊圧延機の圧延ロールと板状金属塊との配置の例を模式的に示す斜視図である。
【０００４】
なおここでは、素材となる円柱状金属塊と所定の寸法に仕上げられた金属スラブの中間製品である円柱状金属塊に圧下を施し、平面部を形成したものを板状金属塊と記す。
【０００５】
分塊圧延機で円柱状金属塊から金属スラブを製造する場合は、図６に示すように、分塊圧延機に配設された水平圧延ロール１０と垂直圧延ロール１１を用いて円柱状金属塊（図示せず）に水平方向および垂直方向の圧下を施して板状金属塊２とし、さらに圧下を加えて所定の寸法の金属スラブ（図示せず）を製造する。
【０００６】
ところが円柱状金属塊を圧延して金属スラブに仕上げると、金属スラブの端部にタングと呼ばれる舌状のクロップが生じる。金属スラブが製品として出荷される際には、このタングを切断除去するので、歩留り低下の原因となる。そこでタングの形成を抑制する技術が種々提案されている。
【０００７】
たとえば金属スラブとしてチタンスラブを製造する技術は、特公昭５９−１６８５８号公報に開示されている。この技術は、丸形チタン鋳塊を加熱した後、鍛造して扁平鋳塊を得る際に、その扁平鋳塊の端部を先細りのテーパー形状に加工し、次いで再加熱して分塊圧延を施すことによって、タングの生成を抑制するものである。しかしながら特公昭５９−１６８５８号公報に開示された技術では、鍛造によって扁平鋳塊の端部に先細りのテーパー部を設けるので、テーパー面に段差が生じて、金属スラブの表面欠陥として残存する。テーパー面に段差を生じさせず、所定のテーパー角度を有するテーパー面を形成するためには、鍛造の圧下量を細分化した上で圧下回数を増加せざるを得ず、テーパー面の形成に長時間を要する。しかも扁平鋳塊の上面，下面，両側面（合計４面）にテーパー面を形成するので、作業能率が低下するのは避けられない。
【０００８】
なお特公昭５９−１６８５８号公報の第２図によれば、素材となる丸型チタン鋳塊の中心線を扁平鋳塊の各面に投影した線に対して、テーパー部の縁部は、いずれも直角になっている。
【０００９】
また特開昭６０−３９５０  号公報には、チタンスラブの製造方法が開示されている。この技術は、チタンを溶解した後、端部にテーパー部を設けた矩形断面の鋳型に鋳込んで、端部にテーパー部を有する角形チタン鋳塊を製造し、さらに分塊圧延を施すことによって、タングの生成を抑制するものである。しかしながらチタンスラブを製造する際には、真空溶解炉等で溶製し円柱形鋳型に鋳込むことによって円柱状のチタン鋳塊を製造するのが、組織が均一になり、不純物の巻き込みも少ないので一般的である。したがって特開昭６０−３９５０  号公報に開示された技術を適用するには、溶融チタンを溶製してチタン鋳塊を鋳込むまでの一連の工程で使用する設備を改造する必要がある。
【００１０】
【特許文献１】
特公昭５９−１６８５８号公報
【特許文献２】
特開昭６０−３９５０  号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、チタン，ジルコニウム等の円柱状金属塊から金属スラブを製造するにあたって、既存の設備を利用して設備改造に要する費用を低減し、しかも高能率かつ高歩留りで金属スラブを製造する方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加熱した円柱状金属塊から所定の厚さを有する金属スラブを製造する方法において、円柱状金属塊の中心線を水平にして円柱状金属塊を金敷に載置し、中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて１次鍛造を行ない板状金属塊とした後、板状金属塊の上面の長手端片方あるいは両方の角部に上方から圧下を加えて２次鍛造を行ない板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ鍛造を行なう金属スラブの製造方法である。
【００１３】
また上記の仕上げ鍛造を仕上げ圧延に置き換えても良い。すなわち、２次鍛造を行なった後、  必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ圧延を行なって金属スラブを製造することも可能である。
【００１４】
あるいは仕上げ鍛造を行なった後、  必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ圧延を行なって金属スラブを製造することも可能である。
【００１５】
前記した仕上げ鍛造を行なう方法あるいは仕上げ圧延を行なう方法においては、いずれも好適態様として、薄肉部の縁部が板状金属塊の上面に中心線を投影した線に対して所定の傾斜角を有することが好ましく、またその傾斜角が４５°±１０°であることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における円柱状金属塊から金属スラブに到るまでの形状変化の推移を模式的に示す斜視図である。
【００１７】
図１（ａ）  ，（ｂ）  に示すように、加熱した円柱状金属塊１に１次鍛造を施して板状金属塊２を得る。図２は、１次鍛造の具体例であり、（ａ）  は円柱状金属塊１を金敷５に載置した状態、（ｂ）  は圧下を加えて板上金属塊２とした状態を、それぞれ平面図，正面図，側面図で示す。
【００１８】
本発明では、円柱状金属塊１の加熱方法は特定の方法に限定しない。ただしチタンの場合、加熱温度が  ９２０℃未満では、タングの形成を抑制できない。一方、    ９９０℃を超えると、後述する金属スラブ３表面のシワ疵が深くなり、手入れ作業の負荷が増大するばかりでなく、歩留り低下を招く。したがって、円柱状金属塊１の加熱温度はチタンでは  ９２０〜９９０  ℃の範囲内を満足するのが好ましい。
【００１９】
１次鍛造では、図１（ａ）  に示すように、円柱状金属塊１を、その中心線ＣＬを水平にして金敷５に載置する。次いで（ｂ）  に示すように、上金型６を用いて上方から中心線ＣＬに対して垂直に圧下を加えて板状金属塊２とする。このとき、圧下の回数は特定の数値範囲に限定しない。すなわち、板状金属塊２や上金型６の寸法に応じて、圧下回数を適宜設定する。
【００２０】
次いで、図１（ｂ）  ，（ｃ）  に示すように、板状金属塊２に２次鍛造を施して板状金属塊２上面の長手端片方の角部に薄肉部４を形成する。図３は、この２次鍛造の具体例であり、（ａ）  は板状金属塊２の長手端片方の角部（１ケ所）に薄肉部４を設けた状態、（ｂ）  は板状金属塊２の長手端片方の角部（合計２ケ所）に薄肉部４を設けた状態を、それぞれ平面図，正面図，側面図で示す。
【００２１】
２次鍛造では、図３（ａ）  に示すように、板状金属塊２を回転させた後、上金型６を用いて上方から板状金属塊２上面の長手端片方の角部１ケ所を圧下して薄肉部４を設ける。なお、必要に応じてマニピュレーター７等を用いて板状金属塊２を固定しても良い。次いで（ｂ）  に示すように、板状金属塊２を再度回転させて、上金型６を用いて上方から板状金属塊２上面の長手端片方の角部のもう１ケ所を圧下して薄肉部４を設ける。このとき、圧下の回数は特定の数値範囲に限定しない。すなわち、薄肉部４や上金型６の寸法に応じて、圧下回数を適宜設定する。
【００２２】
このようにして図１（ｃ）  に示すように、板状金属塊２の長手端片方の角部に薄肉部４が形成される。なお本発明では、薄肉部４を設ける角部は長手端片方に限定せず、長手端両方であっても良い。薄肉部４を４ケ所設ける場合は、図３（ｃ）  ，（ｄ）  に示すように、板状金属塊２を回転させて、上金型６を用いて上方から板状金属塊２上面の角部をそれぞれ圧下して薄肉部４を設ける。
【００２３】
薄肉部４を形成する際には、板状金属塊２上面に上方から圧下を加える。ただし薄肉部４を形成する際の圧下量ｔ（ｍｍ）が、円柱状金属塊１の直径（ｍｍ）の２％未満では、タングの形成を抑制できない。一方、  ６％を超えると、後述する金属スラブ３に薄肉部４が残留して、歩留りの低下を招く。したがって、薄肉部４を形成する際の圧下量ｔ（ｍｍ）は円柱形状金属塊１の直径（ｍｍ）の２〜６％の範囲内を満足するのが好ましい。
【００２４】
本発明における薄肉部４は、図１（ｃ）  に示すように、テーパー形状に加工する必要はない。しかも図３（ｃ）  ，（ｄ）  に示すように、薄肉部４に段差が生じても、後述する仕上げ鍛造あるいは仕上げ圧延を支障なく行なうことができる。したがって、薄肉部４を高能率で形成することが可能である。
【００２５】
また薄肉部４の縁部ＥＬは、円柱状金属塊１の中心線ＣＬを板状金属塊２上面に投影した線に対して傾斜しており、その角度を傾斜角と記す。このようにして薄肉部４の縁部ＥＬに傾斜角θを設けることによって、後述する金属スラブ３のタングを減少し、歩留りを向上させることができる。
【００２６】
なお傾斜角θは、４５±１０°の範囲内とするのが好ましい。その理由は、傾斜角θがこの範囲を外れると、タングの生成を防止する効果が著しく減少するからである。
【００２７】
次に、図１（ｃ）  ，（ｄ）  に示すように、板状金属塊２に仕上げ鍛造，仕上げ圧延あるいはそれらの組合せを施して金属スラブ３を得る。仕上げ鍛造を行なう場合は水平金型と垂直金型を用いて２方向から圧下を加える。仕上げ圧延を行なう場合は水平圧延ロールと垂直圧延ロールを用いて２方向から圧下を加える。
【００２８】
図４は、薄肉部４を長手端片方に設けた板状金属塊２の仕上げ鍛造の具体例であり、図５は、薄肉部４を長手端両方に設けた板状金属塊２の仕上げ鍛造の具体例である。図４，５において、いずれも（ａ）  は垂直金型９を用いた幅圧下を示す平面図、（ｂ）  は水平金型８を用いた厚さ圧下を示す正面図である。このようにして圧下を加える方向は、いずれも円柱状金属塊１の中心線ＣＬに対して垂直である。なお、必要に応じてマニピュレーター７等を用いて板状金属塊２を固定しても良い。
【００２９】
本発明では、仕上げ鍛造における圧下の回数は特定の数値範囲に限定しない。ただし圧下を２回以上加えると場合は、図４，５に示すように、垂直金型９と水平金型８を板状金属塊２の中央部から薄肉部４の方向へ順次移動させながら圧下を加える必要がある。
【００３０】
このようにして予め板状金属塊２に薄肉部４を形成することによって、メタルフローに起因する肉盛りを発生させ、その薄肉部４を有する板状金属塊２に圧下を加えることによって、板状金属塊２の幅方向中央部がタング形状に張り出す部分とバランスする。その結果、金属スラブ３のタングを減少して歩留りを向上させることができる。
【００３１】
仕上げ圧延を行なう場合の具体例は図示を省略するが、圧延装置の構成は特定の形式に限定しない。たとえば、図６に示すような従来から知られている分塊圧延機を用いて支障なく圧延できる。すなわち、垂直圧延ロール１１を用いて板状金属塊２を幅方向に圧下し、水平圧延ロール１０を用いて板状金属塊２を厚さ方向に圧下する。
【００３２】
本発明で仕上げ圧延を行なう場合は、図４，５に示した仕上げ鍛造と同様に、垂直圧延ロール１１と水平垂直圧延ロール１０を板状金属塊２の中央部から薄肉部４の方向へ相対的に移動させながら圧下を加える必要がある。したがって、圧延装置の搬送コンベアに板状金属塊２を載置して、板状金属塊２の中央部から薄肉部４の方向へ搬送しながら圧延を行なう。
【００３３】
あるいは、仕上げ鍛造と仕上げ圧延を併用しても良い。すなわち図４，５に示す仕上げ鍛造を行なった後、  必要に応じて再加熱を施し、さらに図６に示す仕上げ圧延を行なって金属スラブを製造することも可能である。
【００３４】
このようにして予め板状金属塊２に薄肉部４を形成することによって、メタルフローに起因する肉盛りを発生させ、その薄肉部４を有する板状金属塊２に圧下を加えることによって、板状金属塊２の幅方向中央部がタング形状に張り出す部分とバランスする。その結果、金属スラブ３のタングを減少して歩留りを向上させることができる。
【００３５】
【実施例】
真空溶解炉を用いて溶製した純チタンを円柱形鋳型に鋳込んで、円柱状金属塊１（直径９８０ｍｍ  ，長さ２４３０ｍｍ）を製造した。次いで、その円柱状金属塊１を加熱炉に装入して  ９８０℃に加熱した後、幅８００ｍｍ  の上金型６と幅３０００ｍｍの金敷５を有する６０００ｔｏｎ  鍛造プレス機を用いて、図２に示すように１次鍛造を行ない、厚さ  ４００〜４５０ｍｍ  の板状金属塊２を製造した。
【００３６】
さらに図３に示すように２次鍛造を行ない、板状金属塊２の長手端両方の角部にそれぞれ薄肉部４を形成した。なお傾斜角θは４５°とした。薄肉部４の圧下量ｔは、４０ｍｍ（発明例１），６０ｍｍ（発明例２），８０ｍｍ（発明例３）とした。また、薄肉部４を形成しないもの（すなわち圧下量ｔ＝０ｍｍ）を比較例とした。
【００３７】
これらの発明例１〜３と比較例の板状金属塊２を再度加熱炉に装入して  ９８０℃に加熱した。次いで、金敷５を幅８００ｍｍ  のものに交換して幅方向の圧下と厚さ方向の圧下を繰り返し加えて仕上げ鍛造を行ない、金属スラブ３（厚さ３２０ｍｍ  ，幅１３３０ｍｍ，長さ４２００ｍｍ）を製造した。
【００３８】
得られた金属スラブ３を分塊工場に搬送し、加熱炉で  ９７０℃に加熱した後、分塊圧延機で圧延して、厚さ２１０ｍｍ  ，幅１２５０ｍｍの金属板とした。この金属板のタング部を切断除去して、歩留りを調査した。その結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示す通り、  発明例１は歩留り９６．５％，発明例２は歩留り９４．９％，発明例３は歩留り９５．１％であったのに対して、比較例の歩留りは９４．７％であった。したがって本発明によって歩留りが向上することが確かめられた。
【００４１】
また発明例１と発明例２，３を比べると、発明例１の圧下量ｔは円柱状金属塊１の直径の  ４．１％（すなわち４０ｍｍ）であるのに対して、発明例２，３の圧下量ｔはそれぞれ円柱状金属塊１の直径の  ６．１％，  ８．２％（すなわち６０ｍｍ，８０ｍｍ）であるから、発明例１の歩留りが最も高かった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、円柱状金属塊から金属スラブを製造するにあたって、設備改造に要する費用を低減し、しかも高能率かつ高歩留りで金属スラブを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における円柱形状金属塊から金属スラブに到るまでの形状変化の推移を模式的に示す斜視図である。
【図２】１次鍛造の例を模式的に示す平面図，正面図，側面図である。
【図３】２次鍛造の例を模式的に示す平面図，正面図，側面図である。
【図４】仕上げ鍛造の例を模式的に示す平面図，正面図である。
【図５】仕上げ鍛造の他の例を模式的に示す平面図，正面図である。
【図６】分塊圧延機の圧延ロールと板状金属塊との配置の例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１  円柱形状金属塊
２  板状金属塊
３  金属スラブ
４  薄肉部
５  金敷
６  上金型
７  マニピュレーター
８  水平金型
９  垂直金型
１０  水平圧延ロール
１１  垂直圧延ロール
ＣＬ  円柱形状金属塊の中心線
ＥＬ  薄肉部の縁部
θ  傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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